雷达液位计新型防溢流系统的液位测量技术
发布时间：2019-03-05 发布作者：
未能识别和防止含有危险，易燃甚至爆炸性物质的储罐和容器过满可能会产生灾难性后果，因为2005年德克萨斯城炼油厂火灾等引人注目的事件表明了这一点。由于通常涉及过程和大量液体储存工业的材料的性质，过量填充可导致生命损失和对资产和环境的破坏性损害。此类事件的成本可能达到数十亿美元，而法律后果和不良宣传可能会严重损害公司的声誉。
因此，这些行业的公司必须实施强大的溢流预防系统（OPS），以较大限度地降低风险并遵守相关的安全标准。德克萨斯城炼油厂的爆炸和随后的火灾是由于油箱过满和缺乏防止溢流技术造成的。这场灾难以及其他类似事件导致了新标准和安全准则的引入，这些准则正在被广泛采用。API 2350和IEC 61511是防止溢出的两个关键全球标准。IEC 61511为在过程工业中实施现代OPS提供了较好的安全实践。API 2350提供了较低要求，以符合非加压地上大型石油储罐的特定应用中的现代较好的实践。
层保护
为了较大限度地降低过量填充的风险，通常的做法是实施一系列独立的保护层。监视和控制生产过程的基本过程控制系统（BPCS）构成了主要的保护层。然后是安全层（OPS），它必须保持独立且独立于BPCS以提供冗余。如果BPCS失败或工作不正常，OPS应防止出现溢出。第三层是被动保护，包括用堤坝或混凝土墙围堵。如果所有这些层都不能防止或包含溢出，则紧急响应层就在那里，其中涉及警告紧急服务。
MOPS和AOPS
OPS可以是手动（MOPS）或自动（AOPS）。MOPS通常涉及水平传感器或开关向操作员发送警报，通知他们应采取什么措施来防止溢出。MOPS被认为比AOPS更容易实施，更简单，更昂贵。然而，人为错误的可能性限制了他们的风险降低因子，因此有一种强烈的趋势，即用AOPS替换它们，AOPS由传感器，逻辑解算器和致动阀技术形式的较终控制元件组成。AOPS的显着优势包括更高的风险降低因素，更短的响应时间和更少的操作员工作量。
技术选择
然而，重要的是要理解，对于防止溢出，不存在“一刀切”的解决方案。每个应用程序都有其特定的挑战，因此为每个应用程序选择适当的技术至关重要。这些技术包括：
机电浮子和置换器开关 - 这些开关具有移动部件，这些部件需要频繁且昂贵的维护，受到机械振动和湍流的影响，并且可能给出错误的读数。它们用于点水平，界面和密度应用，其中液体中置换剂的浮力是主要的测量原理。然而，它们越来越多地被更可靠的电子技术所取代，这些技术提供更高的诊断和更低的生命周期成本
振动叉式开关 - 在这种点级技术中，压电晶体以其固有频率振荡两个插脚，然后频率随着它们浸入介质中而变化。电子设备检测到频率变化，可以检测是否存在液体。这些开关非常可靠，因为它们没有可磨损或粘着的活动部件，因此与其他技术相比，它们不易发生故障。它们几乎不受流动，湍流，气泡，泡沫，振动和密度变化的影响。
导波
雷达液位计（GWR） - 在GWR技术中，低能微波脉冲沿着探头向下引导，探头浸没在介质中。当微波从表面反射到发射器时，可以测量水平。由于一部分脉冲沿着探头继续向下，因此也可以检测到界面。GWR变送器易于安装，密度，电介质或电导率的变化无需补偿。压力，温度和大多数蒸汽空间条件的变化不会影响精度。该技术不受高湍流或振动的影响，积累几乎没有影响，维护要求低。
非接触式雷达液位计 - 非接触式雷达液位计发射器可以使用脉冲或频率调制连续波（FMCW）技术进行测量。利用脉冲雷达液位计，微波向表面发射并反射到传感器，其电平与从信号传输到接收的时间成正比。利用FMCW，雷达液位计以不断变化的频率发射连续信号扫描。反射信号的频率与此时发射的信号的频率之间的差异与从雷达液位计到地面的距离成比例，这使得能够测量水平。这种易于安装的技术不受密度，粘度和导电性的影响，几乎不受涂层和蒸汽的影响，并且几乎不需要维护。
健康监测和验证测试
较新的振动叉式开关，GWR和非接触式雷达液位计具有强大的内置诊断功能，可以远程执行部分验证测试，因此与旧的机械技术相比具有明显的优势。监控设备的运行状况可确保它们在OPS中正确运行，同时执行远程部分验证测试的能力可节省时间并提高工作人员的效率。
二合一解决方案
一个非接触式雷达液位计在一个外壳内提供两个独立且独立的电气单元时，提供独特的二合一解决方案。当与不同电缆桥架中分离的电缆连接时，此选项可使单个仪表用于BPCS，并根据IEC 61511和API 2350分离OPS用途。
典型应用
三种一般应用类型采用溢出预防措施 - 过程应用中的过程容器和储罐，以及散装液体处理行业内部署的储罐。每个都提出了溢出保护技术的具体挑战。
过程容器 - 这些容器是特定工业过程或整个过程的一部分，在选择溢出防止技术时必须考虑容器的形状，尺寸和设计。例如，在锥形油箱上，传感器是顶部安装的，因此GWR变送器，非接触式雷达变送器和振动叉式开关是合适的选择。在具有内部限制的容器中，例如搅拌器，热交换器和其他需要使用单独的腔室进行液位测量的结构，建议使用GWR变送器。
当需要侧装解决方案时，振动叉式开关是理想选择。在需要腔室的蒸馏塔中，GWR变送器通常用于AOPS。由于混合罐包含搅拌器，这限制了突出到罐中的传感器，因此顶部安装的传感器的良好选择。在锅炉汽包应用中，AOPS需要SIL 3 GWR变送器 - 通常具有三重冗余 - 因为它们不受过程条件变化的影响。
储罐 - 用于多个中小型船舶或5至20个储罐的较小储罐的储罐监控系统需要自动化系统来提供液位监控，但不一定需要控制。油罐监测通常涉及总量计算，但不涉及财政衡量。在这些应用中，溢出技术的选择将取决于罐的类型，可用开口的数量和所含的液体。
散装液体应用 - 自动储罐计量（ATG）系统通常用作这些应用中的BPCS，用于测量水平和计算库存。这些系统需要具有高精度的技术，因为水平测量的小的不精确性可能等于数千加仑的体积不确定性，这将是非常昂贵的。AOPS通常由非接触式雷达液位计发射器，逻辑解算器和致动器组成。替代品可以是振动叉式开关或GWR变送器。在带有浮顶的散装储罐中，较好的做法是通过静止管道进行测量，这需要高精度，非接触式雷达需提高精度。
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